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从驾驶员到智能驾驶：汽车智能化进程中的控制与仿真技术

news 来源：原创 2025/9/22 12:03:03

在汽车技术持续演进的历程中，人类驾驶员始终是一个极具研究价值的智能控制系统“原型”。驾驶员通过视觉感知、行为决策与操作执行的闭环控制，将复杂的驾驶任务转化为车辆的实际动作，同时动态适应道路环境的变化。这一过程不仅体现了高度的自主性和实时性，更展现了以知识积累与逻辑判断为基础的自学习能力。这种“仿生智能”的逻辑框架，为汽车智能化系统的开发提供了重要启示。而在新能源汽车与智能驾驶技术深度融合的背景下，如何构建高效可靠的系统仿真验证体系，成为技术突破的关键所在。

***01.*驾驶行为的智能解构与系统映射**

驾驶行为的本质是一个多层级的信息处理过程：从任务规划层面对路线选择、超车决策等战略行为的制定，到行为决策层面对跟车距离、转向时机的战术判断，最终落实到油门、刹车、方向盘的精准操作。这种分层递进的控制逻辑，与智能驾驶系统的“感知-决策-执行”架构存在高度相似性。

在传统燃油车向智能电动车转型的过程中，动力系统的电气化重构了控制逻辑。以电子制动助力器为例，当驾驶员踩下制动踏板时，位移传感器将机械信号转化为电信号，经整车控制器（VCU，Vehicle Control Unit）解析后，通过永磁同步电机生成精确的伺服力。这一过程不仅需要机械结构的物理反馈（如橡胶反馈盘的力耦合），更需要电子控制系统对制动强度、能量回收、失效备份等功能的综合协调。这种机-电-控的深度融合，体现了智能汽车系统设计的典型特征。

02.线控系统的技术演进与集成挑战

线控技术（X-by-Wire）的普及标志着汽车控制从机械传动向电子控制的范式转变。在制动领域，电子液压制动系统（EHB，Electronic Hydraulic Brake System）和电子机械制动系统（EMB，Electro mechanical Brake）代表了两种不同的技术路线：

EHB系统通过保留液压备份系统，在传统制动架构基础上引入电子控制单元。其核心优势在于与防抱死制动系统（ABS，Anti-lock Brake System）、电子车身稳定控制系统（ESC，Electronic Stability Controller）等现有系统的兼容性，以及通过液压管路实现的制动力精确分配，但在系统复杂度、响应速度方面存在优化空间。

EMB系统与EHB相比实现了全机械化制动结构，特点是结构简单、体积小、电信号传输、响应快、制动距离短、稳定性好、易于维护、无液压油泄漏问题，并能通过ECU直接控制集成ABS、TCS、ESP和ACC功能。EMB被认为是线控制动系统的终极演进，它作为纯机械系统运行，执行器通常安装在每个轮边，电机集成在制动钳内，踏板的制动信号直接输入制动钳，无需使用制动液或液压管路，制动力由电机驱动产生，从而使每个车轮都拥有独立的电动机械制动系统。需要注意的问题则是解决无备份系统的功能安全问题。

无论是EHB还是EMB，其控制系统都需要处理多源信号的融合问题：制动踏板位移、轮速、车速等传感器数据需要与车辆动力学模型、控制算法实时交互。这种复杂的信号交互对系统仿真提出了更高要求——既需要精确的物理模型，也需要可靠的通信架构。

03.系统级仿真实践

在智能汽车控制系统开发中，可以使用SkyEye构建完整的数字孪生验证体系，并通过DigiThread实现联合仿真。

天目全数字实时仿真软件SkyEye作为基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，支持用户通过拖拽的方式对硬件进行行为级别的仿真和建模。

多领域分布式协同仿真平台DigiThread，基于DDS（数据分发服务）通信模式并通过协同仿真软总线连接多种仿真模型，可实现点对点的数据通讯，被广泛应用于复杂系统集成仿真和数字孪生等。

该方案的核心在于通过DigiThread联合仿真平台实现多领域模型的协同：

▲操作流程示意图

驾驶员模型（Driver）：作为主控对象，通过Simulink构建的算法模型模拟人类驾驶行为，生成油门/刹车控制信号。这些信号经由CAN总线协议封装后，通过DigiThread传输至域控制器。
域控制器（ZONE）：对接收的信号进行滤波、解析和逻辑处理，将处理后的控制指令分发至车辆模型。此过程涉及控制策略验证、信号延时补偿等关键技术。
车辆模型（Vehicle）：采用FMU（功能模型单元）标准封装，精确模拟包括永磁同步电机动态响应、减速机构传动效率、制动液压力传导等物理特性。模型输出的车辆状态数据通过DigiThread回传至监控平台，形成闭环验证。

该方案的技术突破体现在三个方面：

通过多速率仿真技术解决了机械系统（毫秒级）与控制系统（微秒级）的时域同步问题；
采用信号透传机制实现上位机监测与外部数据平台的无缝对接；
基于参数标定引擎的动态调优功能，可快速完成控制参数与物理模型的匹配优化。

▲数据交互示意图

联合仿真不仅能够用于验证控制算法的鲁棒性，还可通过数字孪生模型预测极端工况下的系统行为。当仿真模型显示制动液压力上升速率偏离预期时，工程师可立即回溯检查减速机构传动比设置或电机控制参数。综上所述，本方案通过为智能汽车的开发提供高保真的虚拟验证环境，大幅缩短了传统“设计-试制-测试”的迭代周期。

01.驾驶行为的智能解构与系统映射

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03.系统级仿真实践

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